2.4 手动校准
在校准过程中,当输入范围不是正常输入范围时,校准过程中不能通过零标度和满标度电压进行系统校准,这时便可通过认为改变校准系数来解决该问题。下面便介绍如何改变系数,来适应输入范围不是0-Vref(±Vref)时的情况,首先,应该针对适当的增益,输入范围、更新速率以及选择的单/双输入模式,使用自校准程序进行校准。然后根据自校准得到的系数,计算出新的系数。
例如,如果所需电压Vin表述如下:
Vin=A×Vref+B
式中B为偏移电压,A×Vref为输入间距。当短接输入端进入零标度校准,且施加Vref进行满标度校准时,A=1,B=0,当输入范围不是0-Vref(±Vref)时,可以遵照下面的步骤进行处理:首先减去偏移B,这样便可以在模拟输入电压为B时得到0代码,然后通过A×Vref来调整输入范围,这样输入Vin便可得到满标度代码。
手动校准过程大致如下:首先进行自校准,并读取校准系数,定义Z0=零标度系数,F0=满标度系数,接下来便可将Z0和F0代入下面的公式,求出适用于新的输入范围的新系数:
ZN=Z0+(B×220/(SPAN×F0/224))
FN=F0/A
式中,SPAN为正常情况下的满标度电压间距,单极模式下等于Vref/增益,双极模式下等于2×Vref/增益,B为偏移电压(单位:V),A为相对于正常间距的缩放因子,为了确保元件正常工作,A的值必须位于0.8-1.05之间,至此,将ZN和FN写入校准寄存器,器件便可继续进行A/D转换。
下面通过具体的实例进行说明,假如器件使用单极模式,自校准后AD7705的零标度系数为2 165 373,满标度系数为5 416 211,由于使用单极模式,因此用作校准的电压范围为0-Vref,当使用5V电压时,Vref等于2.5V,如果用户所需模拟输入范围为0.2-2.6V,那么,B=0.2,而A=(2.6-0.2)/2.5=0.96,这样便可求出新的标度系数ZN和FN:
ZN=2 165 373×(0.2×220/(2.5×5 416 211/224))=2 425 218
FN=5 416 211/0.96=5 641 886
这里需要说明的是,只有当用户清楚地了解期望输入范围的上、下限以及实际输入间距与正常输入间距之比时,才能使用这种方法。
使用该方法时,如果用户能确保变量A位于0.8-1.05之间,那么AD7705能够满足数据手册中的噪声要求。例如,在单极模式中,当电压为5V,更新速率为50Hz,增益为1时,AD7705的rms噪声为4.1μV,其信号范围为0-2.5V。在上例中,将输入范围改为0.2-2.5V。如果操作条件(更新速率、增益等)不变,那么噪声仍为4.1μV。使用前一输入范围时,取整后的峰-峰分辨率为log(2.5V/6.6×4.1μV)/log 2=16位,而更改后的峰-峰分辨率为log(2.4V/6.6×1.5μV)/log2=16位,他同样也进行了取整。